e-villamos online szaklap

A LED a jövő egyik fényforrása

| | |  0 | |

Napjainkban nincs talán még egy olyan műszaki újdonság, amelyről annyi szó esnék, mint a fényemittáló dióda (Light Emitting Diode), vagyis a LED. Sajnos az írott és elektronikus médiában nem egy olyan közlemény is megjelenik, amely nemhogy a szakszerűséget nélkülözi, hanem téves információt is terjeszt.A Magyar Elektrotechnikai Egyesületen belül működő Világítástechnikai Társaság feladatának tekinti, hogy minden profiljába vágó kérdésben szakszerű tájékoztatást nyújtson; ez indokolta jelen cikk megírását.

Elõször is oszlassunk el néhány tévedést, melyek a szóhasználatban jelentkeznek, de azért károsak, mert az eszköz mûködésérõl alakíthatnak ki helytelen képet.
A LED nem izzó és nem égõ. (Nem minden izzik, ami fényt bocsát ki.) A LED speciális kémiai összetételû félvezetõ, amelyben az elektromos energia részben közvetlenül fényenergiává alakul, tehát mûködése nem az áram hõhatásán alapul, ellentétben az izzólámpával. Ezt a fizika hidegensugárzásnak vagy lumineszcenciának nevezi, s mivel villamos energia hatására jön létre, elektrolumineszcencia a neve.
Annak magyarázata, hogy a LED-ben hogyan keletkezik a fény, mélyebb félvezetõfizikai ismereteket igényel. Foglaljuk össze a jelenséget szemléletesen és leegyszerûsítve úgy, hogy a félvezetõ kristályban magasabb energiaszinten (úgynevezett vezetési sávban) levõ elektronok képesek energiájukat lecsökkenteni, egy „szabad elektronnyi helyet”, ún. lyukat elfoglalni, s közben egy „energiaárkot”, ún. tilos sávot átugrani. A közben felszabaduló energiát a félvezetõ morzsa elektromágneses sugárzás formájában kisugározza, mely tartozhat az ultraibolya, látható, vagy infravörös tartományba. A LED célokra alkalmas félvezetõ anyagok leggyakrabban három- és öt-vegyértékû elemek közvetlen vegyületei, pl a gallium és a nitrogén egyesítésével kapott gallium-nitrid (GaN).
Természetesen a LED-ek esetében is mutatkozik veszteség, melynek végsõ formája a hõ, és ennek értéke elérheti a bevezetett villamos energia 75-80%-át is. Ez felmelegíti a parányi LED-morzsát (chipet), és ha nem gondoskodunk megfelelõ hûtésrõl, mind a kibocsátott fényáram, mind az élettartam nagymértékben lecsökken, sõt a színében is beállhat kismértékû változás.

1. ábra
A LED fényáramának csökkenése melegedés hatására.

A LED-es lámpatestek gyártói számára ma ez jelenti a legnagyobb kihívást; a fejlõdött hõ elvezetésének minél hatékonyabb megoldása. A tévedések gyökere ott van, hogy az önmagában valóban hosszú élettartamú LED-morzsa nem önmagában szerepel, hanem lámpatestben, amely tartalmazza a mûködtetõ elektromos és egyéb egységeket is. (áramátalakítás és korlátozás, optikai rendszer), vagyis valós körülmények között, melyek mûszaki megoldásonként változnak. Így a reklámozott 100.000 óra élettartam helyett – a hõelvezetés minõségétõl függõen – jó esetben kb. 50.000 óra reális üzemidõvel számolhatunk.
Kétségtelen, hogy a LED-ek fényhasznosítása, valamint az általuk felvehetõ egységteljesítmény és a rajtuk átfolyó áram nagysága tekintetében igen gyors fejlõdésnek lehettünk tanui az utóbbi évtizedben. Fényhasznosítás terén – laboratóriumi körülmények között – valóban 130 lumen/watt körül tartunk, de a gyakorlatban azt mondhatjuk, hogy a LED pillanatnyilag egy jóminõségû fénycsõvel van azonos szinten. (90-100 lumen/watt) A fényhasznosítás elméleti határértéke 683 lumen/watt. Egyes téves közlések a LED-ek esetében 90% feletti hatásfokról írnak, de szerzõik bizonyára összetévesztik a fényhasznosítást a hatásfokkal. 
Ismeretes, hogy a színes (sárga-piros-zöld) LED-eket már évtizedek óta gyártják és alkalmazzák elsõsorban, mint jelzõlámpákat. A kék LED váratott magára, de miután a 90-es években sikerült elõállítani, innen csak egy lépés volt a fehér LED elõállítása. Erre két módszer is nyílt; egyik szerint a vörös-zöld-kék (RGB) LED-ek színének keverésével, másik szerint – a fénycsõnél alkalmazott eljáráshoz hasonlóan – fénypor segítségével állítják elõ a fehér színt. A LED technológia lehetõvé teszi a fehéren belül a melegebb vagy hidegebb színek kialakítását, meg kell azonban jegyezni, hogy az emberi szemnek kellemes ún. melegfehér fényû LED fényhasznosítása gyengébb, mint a kékes árnyalatú ún. hidegfehéré.
Még egy fontos szempont: a világításra használt fényforrások rendeltetése az, hogy megfelelõ megvilágítást hozzanak létre. Ennek mértékegysége a lux. A megvilágítás értéke attól függ, hogy egy adott nagyságú felületet hány lumen fényáram világít meg. Korrekt összehasonlítást a fényforrások között az általuk elõidézett megvilágítás alapján lehet tenni. Egy LED-es világítótest rápillantva szinte kápráztatóan fényesnek tûnik, de az elért megvilágítás pl. a munkaasztalunkon a LED-et és a mûködtetõ elektronikát tartalmazó lámpatest konstrukciójának, optikai tulajdonságainak is függvénye. A lux-értékek mérése megvilágításmérõvel történhet, amely nagy választékban és viszonylag olcsón kapható a kereskedelemben.
Végül le kell szögeznünk, hogy a LED valóban a jövõ egyik fényforrása. Nem szabad azonban feltétel nélkül hinnünk azoknak a „tájékoztatásoknak”, melyek kellõ szakismeret nélkül fõként reklám céllal árasztanak el minket akár a nyomtatott sajtóban, akár az interneten. Ma belsõ tér vonatkozásában a dekoratív világításban, a lakásvilágításban egy-egy „fénysziget” kialakításában egy íróasztal- vagy állólámpa fényforrásaként alkalmazható.


2. ábra
Gyertyaizzó kiváltására gyártott LED-es fényforrás


Épülethomlokzatok hatásos esti megjelenítése – esetleg váltakozó színekkel – példa a LED-ek kültéri alkalmazására. Napirenden levõ téma LED-es lámpatestek felszerelése a közvilágításban. Egyes településeken, egyes útvonalakon erre is látunk már példát, bár a közvilágítási szakemberek között még nem alakult ki egységes vélemény. Az eddigi tapasztalatok mindenesetre reményekre jogosítanak, nem utolsósorban olyan kedvezõ tulajdonságoknak köszönhetõen, mint a tökéletes szabályozhatóság, a környezetbarátság és a hosszú karbantartási ciklus. Közlekedésvilágítás terén nem feledkezhetünk meg a LED-es gépjármû fényszórókról és a segédvilágítási berendezésekrõl sem.
A LED-es világítás nem olcsó, és hangsúlyozni kell, hogy szükséges az óvatosság az olcsó „akciós” LED-es világítási eszközökkel szemben. Ezeknél sem a félvezetõmorzsákban van a hiba, hanem az elektronikus kiszolgáló alkatrészekben és áramkörökben. A részletes elemzésekre itt nem térhetünk ki, de tény, hogy gyengébb színvonalú mûszaki megoldások esetében nagyarányú az ún. meddõ teljesítmény, amely ugyan a fogyasztást nem növeli, de az elektromos hálózatot szennyezi. Annyit mindenesetre mondhatunk, hogy hosszú távon „a drágább az olcsóbb”.
Mint fentebb olvashattuk, a LED-ek a jövõ egyik fényforrásai. Miért írjuk, hogy egyik? Mert a kisülésen alapuló fényforrások, mint a különféle fénycsövek, vagy az igen jó fényhasznosítású és színvisszaadású fémhalogénlámpák még bizonyára sokáig társaink maradnak.
Végül egy információ: a Magyar Elektrotechnikai Egyesület Világítástechnikai Társasága és az Óbudai Egyetem Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kara ez év február 1-én és 2-án közösen rendezi a II. Országos LED konferenciát. A kétnapos rendezvényen bizonyára sok érdekes és új információ hangzik el, melyek alapján írott cikk a konferencia után néhány nappal olvasható lesz az e-villamos címû online szaklapban.

 

Hozzászólás

A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.

Facebook-hozzászólásmodul